Giáo trình Xử lý số liệu khí tượng và dự báo thời tiết bằng phương pháp thống kê vật lý: Phần 2 cung cấp cho người đọc những kiến thức về cơ sở toán học và một số kết quả ứng dụng của các phương pháp thống kê trong dự báo thời tiết. Mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm những nội dung chi tiết.
CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP XÂY DựNG CÁC GIẢN Đ s DỤNG TRONG Dự BÁO THỜI TIẾT 3.1 NGUYÊN TẮC CHUNG CỦA PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ Dự BÁO THỜI TIẾT Dự báo thời tiế t dự đoán trước y ếu tố k h í tượng tượng thời tiết xảy ỏ điểm hay khu vực mà ta quan tâm Đê dự báo y ếu tố khí tượng tường lai phương pháp th ốn g kê ta phải dùng yếu tố kh í tượng thời điểm khứ làm nhân tố dự báo Ta ký hiệu nh ân tố dự báo X yếu tô dự báo Y X Y véc 'tơ n chiều X = {X, ,x2, ,xn} Y = {Y ,,Y a , ,Y J T rong công thức Xị ,X 2, ,X n nh ân tố dự báo cụ thể, Yj ,Y giá trị yếu tố cần dự báo V iệc xác định n h ân tố (iự báo yếu tố dự báo phải theo m ột y cầu n h ấ t định Các yếu t ố dự báo chọn phải đại lượng n h ấ t định, xác định vào kỳ quan trắc n h ấ t định Người ta thường sử dụng yếu tố dự báo dạng sau: - Yếu tô' dự báo lảsự xu ất h iện không x u ấ t h iện hiện*tượng T h í dụ sử dụng sơ" liệu h sá n g để dự báo x u ấ t giôn g tạ i m ột địa điểm xác định kh oản g 12 giò kể từ trưa - Yếu tố dự báo độ lớn đại lượng, trường hợp để dự báo đối vâi đại lượng ln xảy Thí dụ th eo sô liệu 19 h để dự báo n h iệt độ th ấp đêm Chọn n h ân tố dự báo cơng việc khó khăn N ếu chọn n h â n tố dự báo dự báo s ẽ có k ế t tốt, ngưòi ta chọn cho nhân tố dự báo biến sô y ếu tố dự báo Sự phụ thuộc càn g lớn k ết dự báo cà n g tốt Trong trường hợp khơng có n h n -tố nói người ta chọn dựa vào kinh nghiệm dự báo lựa chọn tổ hợp nhân t ố dự báo S ố liệu phải chọn th eo chu kỳ Độ dài chuỗi phụ thuộc vào tần số x u ấ t h iện tượng, biến động điểu kiện qua, số nhân tố dự báo dùng S a u chọn yếu tố dự báo nh ân tố dự báo ta xây dựng mối quan h ệ ch ú n g dạn g hàm tu y ến tính Y =C0+C,X1+C2X2+ C3X3 + + c nx n (3 ) dạng h àm phi tuyến Y = a +bX]+eX2+ dX,X 2+ (3.2) T rong thực t ế người ta thường sử d ụ n g m ối quan hệ dưói dạng đồ thị: Loại nhân tô dự báo: Ta biểu diễn m ột trục nhân tố dự báo trục y ếu tố dự báo Mỗi cặp (Y ,x ,) xác định m ột điểm m ặt phẳng 77 Y H ình 3.1 Biểu dhển m ối quan hệ nhãn tố dự báo yếu tô dự báo Loại h n h ân tố dự báo: ta biểu diễn trục nhàn tố dự báo giá trị yếu tố dự báo g h i v o điểm (Xj,X ) mặt phẳng Sau ta vẽ đường đ ẳ n g trị Y (h ìn h 3.1) Trường hợp n h iều n h ân tố ta k ế t hợp nhân tố lại Thí dụ có nhân tơ 'x , , X2, X3, X k ế t hợp X | x 2cho ta Y! 2, kết hợp x 3, X 4, cho ta Y 34 kết hợp Y, 2v Y 34 cho ta yếu tố dự báo Y Cách tiến hàn h trường hợp hai nhân tố dự báo ỏ T ất n h iên đồ thị có điểm tương ứng với trường hợp riêng không th eo quy luật N h ữ n g trường hợp phải k h ả o sá t riêng Sau khảo sá t riông q u yết định để lại hay bỏ Sử d ụ n g phương pháp cỉồ thị có ưu điểm biểu diễn mối quan hệ rõ ràng, việc chọn biểu diễn m ối quan hệ nhân tố dự báo yếu tố dự báo tương đối tự do, ta có th ể đán h giá mức độ phù hợp nhân tố ảnh hưởng yếu Lô" dự báo, dề dàn g hoàn th iện p h ơng pháp dự báo Đ ể đánh giá kết dự báo ta phải áp d ụ n g phương pháp m ột m ản g s ố liệu lón sau (lánh giá theo cơng thức: (3.3) T -D F - sô lần dự b áo T- tổn g s ố lầ n dự báo D - s ố dự báo đ ú n g th eo khí hậu s - mức độ dự bảo phương pháp dự báo s = k h i dự báo đ ứ n g (F = T ) s = dự báo dạt kết dự báo theo chuẩn khí hậu 3.2 Dự• BÁO S ựI XUẤT HIỆN VÀ KHƠNG XUẤT HIỆN HIỆN TƯỢNG • • • • Dự báo x u ấ t h iệ n h iện tượng Y giả sử ta chọn hai nhân tố dự báo Xj X Trước h ế t ta ph ải xem việc chọn nhân tố X] X2 hợp lý chưa Đ e giải vấn để n ày cần xây dựng- giảĩi đồ (hình 3.2)[28] 78 -I X- 10a ■ (,-• -■ I *1 '0 12 14 16 Hình 3.2 -V Giản đồ để tuyển chọn nhân tố dự báo D ấ u (x) x u ấ t h iện h iện tượng D ấu (.) kh ông x u ất h iện h iện tượng S ố ghi bên cạnh s ố ký h iệu trường hợp Từ đồ th ị thứ n h ấ t h ìn h 3.2 cho th ấ y h iện tượng liên quan ch ặ t ch ẽ với nh ân tố Xi mà k h ôn g liên quan đến X.; cho n ên X ph ải loại bỏ X khơng giúp việc dự báo x u ấ t h iện h iện tượng Y G iả sử đổ thị biểu diễn m ối qu an hệ nói có dạn g hình thứ hìn h 3.2 hai n h ân tố X!,X 2đều tương qu an tố t vổi h iện tượng Y T ron g trường hợp n ày ta ph ải xem lại trường hợp không x u ấ t h iện rơi vào m iền x u ấ t Cụ th ể phải xem lại số’ liệu có bị sa i lệch h ay khơng Có nh ầm lẫn k h ơn g, đ iểu k iện để trường hợp sô” 21, 22 15 khác 14, 16 để tìm n gu vên n h â n dẫn đến x u ấ t h iện k h ôn g x u ấ t h iện h iện tượng T rong thực tế m ối quan h ệ ch ặ t chẽ n h mơ tả gặp, thường có lẫn trường hợp x u ấ t h iện kh ông x u ấ t h iện h iện tượng m iển Trong trường hợp n h ta phải đưa th êm nh ân tố dự báo để tách m iền x u ấ t h iện không x u ất h iện Đ ể tách m iền x u ấ t h iện k h ô n g x u ấ t h iện ta x ét th í dụ m inh họa cho phương pháp Đ ể dự báo x u ấ t h iện m ây tầ n g th ấp có độ cao nhỏ 60 p h ú t k h o ả n g thòi gian 18 kể từ 21 30 ph út tạ i sâ n bay người ta dùng hai nhân tô dự báo là: X]! Độ h ụ t điểm sương 850 mb lúc 15 h, X : H ướng gió độ cao 300 ph ú t lúc 15 \ Cả h nhân tố lấy vào lúc 15 giị Ta biểu diễn đồ thị h ìn h 3.3 Trên đồ thị có th ể th rõ hai m iền M iền B m iền không x u ấ t hiện, sô' điểm x u ấ t (dấu x) tron g m iền ch iếm 4% M iền A m iền m s ố điểm x u ấ t h iện không xuất h iệ n gần b ằn g Đ ể phân ch ia điểm m iền A người ta đưa th êm hai n h â n tô" là: X3: (AT(|)2 g iò p h ú t - (ủT ^ lõgiò.SO phút ^4* ^ mặt đất, 21 giờ.30phút * ^*850, giò A Td: Độ h ụ t điếm sương 79 S ố trường hợp tro n g m iền A đồ th ị h ìn h 3.3 đượe đưa lên đồ th ị (H.3.4) Trên giản đồ ta ch ia đượo th àn h hai m iền c 1) M iền D miền khòng xuất hiện tượng, m iền c m iên s ố liệu bị lẫn h trường hợp xuất không x u ất h iện Sô' liệu m iền niày tách m ột lần nhờ nhân tố X5 ^5= -^4' (Td mặt đất 2] 30 ■ 85o)T MO n h iệt 850 mb có cuối ngày Trên giản đồ cốc trường hợp m iến c phân ihành hai miền li F M iền E h iện tượng xuấit hiện, m iền F h iện tượng không xuất Sau xây dựng giản dồ ta có th ể sử dụng chúng để dự báo xuất h iện m ây tần g thấp sâ n b ay sau: T heo sơ”liệu quan trắc X] X2 dùng gián dồ hình 3.3, điểm rơi vào m iền B dự báo không x u ấ t h iệ n , n ếu rơi vào m iền A th ì sa n g giản đồ hình 3.4 Theo s ố liệu X X xác định điểm , n ếu điểm m iền D dự báo không x u ấ t h iện m iền c th ì s a n g giàn đồ T heo X X n ếu điếm rơi vào m iền E dự báo xuất hiện, vào F dự báo kh ông x u ấ t Đ ây giản đồ xây dựng để dự báo m ầy tầng thấp Endrius, g iả n đồ kiểm n gh iệm vối điộ xác giá trị dự báo đạt 91% Các giản đồ nàv lấy từ tài liệu sô danh mục tài liệu tham khảo 16 20 21< 01 10 - 1*1 14 ie 1— r t ■4 ! 1 { r • * mt % a» • » * •• » •< *• * • » A *• •• M —* -i * • m m « • • ** • • • 50* - “ ( • Ằ — •• • • • , A- • •* *• •o * • ft — • • • • n ** * •« •» •• • n • >* ■ •«N.*•s 90m • • •** • ■ m » • \ •s • *-* m •• • ■ »* ** • k • • • • # •• X •- rm • • • \ •t • - » n • •* •• A « • • •